203706. lajstromszámú szabadalom • Vízszintes ammóniaszintézis-konverter
1 HU 203 706 B 2 A találmány tárgya vízszintes ammóniaszintézis-konverter az ammónia alkotóelemeiből, hidrogénből és nitrogénból történő katalizátoros ammóniaelőállításra. Az ammóniaszintézist konverterekben rendszerint 70-325 bar (7xl06-3,24xl07 Pa) közötti nyomáson és 340-525 °C közötti hőmérsékleten hajtják végre. A korszerű, nagy kapacitású ammónia-berendezésekben általában egyetlen konvertert alkalmaznak. Egy 1000 tonna/nap teljesítményű berendezés katalizátor-igénye 40-90 m3. A konverterek átmérője általában 2 és 4 m között, hossza, illetve magassága 10 és 35 m között változik. A katalizátor-ágyak konverteren belüli elrendezése és a gázáramlás iránya szerint ismertek transzverzális, radiális vagy axiális gázáramlási rendszerű konverterek. Transzverzális gázáramlási rendszerű vízszintes ammóniaszintézis konverter ismerhető meg Sámuel Stelzoff „Technology and Manufacture of Ammonia” (Wiley-Interscience Publication, 1981) című kiadványából. A konverterek kettős falú szerkezetet megvalósító külső és belső köpenye van, amelyek a nyomászáró külső köpeny mentén a hűtőgáz számára gyűrűkeresztmetszetű áramlási csatornát képeznek. A katalizátorrétegek különálló katalizátor-ágyakban vannak elrendezve. Az egymástól elválasztott, külön egységeket képező katalizátor-ágyak a belső köpenyben egymás mellett helyezkednek el. A gázáramlás a katalizátor-ágyakon belül fentről lefelé irányul. A szomszédos katalizátor-ágyak közötti gázáramlást terelőelemek irányítják. Az említett kiadvány 1.28 ábrája olyan ún. Kellogg-rendszerű vízszintes konvertert mutat, amely három katalizátor-ágyat tartalmaz. A konverter hűtőrendszere alapvetően közvetlen, katalizátorrétegen belüli, vagy katalizátorrétegek közötti lehet. A fent említett Kellogg-rendszerű berendezésben például a katalizátor-ágyak között hideg szintézisgázt injektálnak a részben átalakított gázhoz, ily módon közvetlen hűtést érnek el. A követlen hűtés a katalizátorrétegekbe ágyazott vagy katalizátorrétegek között elrendezett hőcserélővel megvalósított rétegközi vagy rétegen belüli hűtéssel is kombinálható. Rétegen belüli és rétegközi hűtésre felületi vagy csöves hőcserélőket használnak. A követlen hűtési rendszerű berendezések egyszerűbb felépítésüknek köszönhetően - kisebb méretű, kevesebb felületi és csöves hőcserélőt alkalmaznak - alacsonyabb ráfordítással megvalósíthatók. Hátrányuk, hogy nagyobb szintézisgáznyomást tesznek lehetővé, mivel a szintézisgáz teljes mennyisége nem kerül kontaktusba a teljes katalizátortömeggel. Adott ammóniamennyiség előállításához ezért nagyobb gáztömeg áramoltatására van szükség. A DE-2803945 számú közrebocsátási iratból ammóniaszintézis eljárás és hozzá tartozó berendezés ismerhető meg. A berendezés függőleges ammóniaszintézis-konverter, amelynek külső és belső köpenye van, amelyek gyűrűkeresztmetszetű áramlási csatornát képeznek. A belső köpenyben egy vagy több rétegből álló katalizátortömeg van elrendezve. A konverternek csöves hőcserélő rendszere van, amelynek csövei a katalizátorrétegekbe vagy a katalizátorrétegek közé vannak ágyazva. A berendezés egyik változatánál a katalizátorrétegeket hőcserélő csőkötegek választják el egymástól, amelyek csőszakaszai a függőleges gázáramlási irányra merőlegesen, vízszintesen helyezkednek el. A hőcserélő csövek katalizátorral közvetlenül érintkező hatásos felülete a konverteren belül az ammóniakoncentráció növekedésének irányában folyamatosan csökken. A teljes katalizátortömeg egyetlen katalizátorágyban való elrendezése egyrészt a reakcióegyensúly szempontjából, másrészt a katalizátor túlmelegedésének és károsodásának veszélye miatt sem előnyös. A hőcserélők katalizátorrétegbe vagy katalizátorrétegek közé ágyyazott elrendezése a berendezést bonyolulttá teszi, és vízszintes konverterekben nem alkalmazható. A találmánnyal célunk az ammóniaszintézis hatékonyságának javítása, a fajlagos költségek csökkentése nagy teljesítményű vízszintes berendezésben. A megoldandó feladat olyan vízszintes ammóniaszintézis-konverter kialakítása, amelyben a katalizátor különálló katalizátor-ágyakban van elrendezve, és a hűtőrendszer a katalizátor-ágyak közötti indirekt hűtést (’’indirect interbed cooling”) biztosít, ahol a hűtőközeg előnyösen friss szintézisgáz, és a szintézisgáz teljes mennyisége a katalizátor teljes tömegével maradéktalanul kapcsolatba lép. A kitűzött feladat megoldására kialakított ammóniaszintézis-konverternek- vízszintes helyzetű, kétoldalt lezárófejjel lezárt nyomásálló, hengeres külső köpenye és- a külső köpenyen belül elrendezett hengeres belső köpenye van, amely a külső köpennyel gyűrűkeresztmetszetű csatornát képez, és mindkét alapja lezárással van ellátva, ahol a lezárások az azonos oldali lezárófejjel telített gázteret képeznek, továbbá- az egyik lezárófej környezetében kialakított gázbevezető nyílása van, amely az azonos oldali telített gáztérrel, a gyűrűkeresztmetszetű csatornával és az ellentétes oldali telített gáztérrel soros gázvezető kapcsolatban van, továbbá- hőcserélői, és- legalább három transzverzális áramlási rendszerű katalizátor-ágya van, amelyek a belső köpeny belsejében, annak két lezárása között vannak elrendezve, ahol- a katalizátor-ágyakat keresztirányú oldalfalak és a belső köpeny szemközti palástfal felületrészei határolják;- a katalizátor-ágyak felső gázbevezetéssel és alsó gázkivezetéssel vannak kialakítva;- az első katalizátor-ágy a gázbevezető nyílással ellentétes lezárás közelében, a második katalizátorágy pedig az első és a harmadik katalizátor-ágy között van elrendezve, és- az utolsó katalizátor-ágy gázkivezetése az ammóniaszintéziskonverter gázkivezető eszközével van kapcsolatban. A találmány lényege, hogy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
